导数与函数的最值课件-2027届高三数学一轮复习
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内容正文:
第5节 导数与函数的最值
课标要求
1. 理解函数最值与极值的关系.
2. 会求闭区间上函数的最大值、最小值.
3. 了解最值在现实生活中的应用.
目录/
CONTENTS
考点一 求函数的最值
01
考点二 由函数的最值求参数
02
提能点 生活中的优化问题
03
课时跟踪训练
04
01
PART
考点一 求函数的最值
目 录
1. 如果在区间[a,b]上函数y=f(x)的图象是一条 的曲
线,那么它必有最大值和最小值.
2. 若函数f(x)在区间[a,b]上单调递增,则f(a)为函数的
,f(b)为函数的 ;若函数f(x)在区间[a,b]上单调
递减,则f(a)为函数的 ,f(b)为函数的 .
连续不断
最小
值
最大值
最大值
最小值
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目 录
结论:(1)若函数f(x)在区间[a,b]上单调,则f(x)一定在区间
端点处取得最值;
(2)若函数在区间[a,b]上的最值点不是端点,则其最值点亦为其极值
点;
(3)若函数f(x)在区间(a,b)内只有一个极值点,则该极值点一
定是函数相应的最值点.
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已知函数f(x)= -ln x(a∈R).
(1)讨论f(x)的单调性;
解:函数f(x)的定义域为(0,+∞),
f'(x)= ,
①若a≤0,则f'(x)<0在(0,+∞)上恒成立,所以f(x)在(0,+
∞)上单调递减;
②若a>0,则当x>a时,f'(x)<0;当0<x<a时,f'(x)>0,所以
f(x)在(0,a)上单调递增,在(a,+∞)上单调递减.
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(2)求f(x)在[ ,e]上的最大值g(a).
解:f'(x)= ,由(1)知,
当a≤ 时,f(x)在[ ,e]上单调递减,
所以f(x)max=f( )=2-ae;
当 <a<e时,f(x)在[ ,a]上单调递增,在[a,e]上单调递减,
所以f(x)max=f(a)=-ln a;
当a≥e时,f(x)在[ ,e]上单调递增,所以f(x)max=f(e)=- .
综上,g(a)=
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规律方法
1. 利用导数求给定区间上函数最值的步骤
(1)求函数f(x)的导数f'(x);
(2)利用f'(x)=0求f(x)在给定区间上所有极值点的函数值;
(3)求f(x)在给定区间上的端点值;
(4)将f(x)的各极值与f(x)的端点值进行比较,确定f(x)的最
值.
2. 若所给函数f(x)含参数,需先求函数的定义域、导函数,通过对参
数分类讨论,判断函数的单调性,从而得到函数f(x)的最值.
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目 录
练1 (1)(2026·江苏南京、盐城模拟)用min{x,y}表示x,y中较小的
数.已知函数f(x)= ,则min{f(x),f(x+ln 2)}的最大值为
( C )
A. B.
C. D. ln 2
C
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解析: ∵f(x)= ,∴f'(x)= ,易
知f(x)在(-∞,1)上单调递增,在(1,+
∞)上单调递减,由题意,令f(x)=f(x+ln2),即 = ,解得x=ln 2.
作出y=f(x)与y=f(x+ln 2)的大致图象如图所示.则min{f(x),f(x+ln 2)}的最大值为两函数图象交点处函数值,为 .
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(2)函数f(x)= -2ln x+2x的最小值为 .
解析:f(x)的定义域为(0,+∞),f'(x)= ex- +2=
,所以当x∈(0,1)时,f'(x)<0,f(x)单调递减;
当x∈(1,+∞)时,f'(x)>0,f(x)单调递增,所以f(x)的最小
值为f(1)=e+2.
e+2
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02
PART
考点二 由函数的最值求参数
目 录
(1)(2026·河北名校联考)已知函数f(x)=ln x-ax的最大值为
0,则a=( D )
A. -e B. -1
C. D.
D
解析: 由f(x)=ln x-ax,得f'(x)= -a= ,x>0.若a≤0,
则f(x)在(0,+∞)上单调递增,无最大值,则a>0,则f(x)在
(0, )上单调递增,在( ,+∞)上单调递减, 所以f(x)max=f
( )=ln -1=0,解得a= .
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(2) (2025·山东聊城期中)设f(x)= 若f(-
1)为f(x)的最小值,则实数a的取值范围是 .
[0,1]
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解析:当x≤-1时,f(x)=(x+a)2,对称轴为直线x=-a,当-
a≥-1,即a≤1时,f(x)min=f(-1);当-a<-1,即a>1时,f
(x)min=f(-a),不符合题意,所以a≤1.当x>-1时,f(x)=ex
-x+a,则f'(x)=ex-1,令f'(x)=0,则x=0,当x∈(-1,0)
时,f'(x)<0,f(x)单调递减,当x∈(0,+∞)时,f'(x)>0,f
(x)单调递增,则x=0是函数f(x)的极小值点.又f(-1)为f(x)
的最小值,则满足f(-1)≤f(0),即(a-1)2≤1+a,解得
0≤a≤3.又a≤1,所以实数a的取值范围是[0,1].
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规律方法
已知函数的最值求参数,可先求出函数在给定区间上的极值及函数在
区间端点处的函数值,通过比较它们的大小,判断出哪个是最大值,哪个
是最小值,结合已知求出参数,进而使问题得以解决.
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练2 (1)(2026·江苏宿迁模拟)若函数f(x)= 有最大
值,则k的最大值为( C )
A. B.
C. D.
C
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解析: 当x≥2时,f(x)= ,则f'(x)= ,当2≤x<e时,f'
(x)>0,函数f(x)单调递增,当x>e时,f'(x)<0,函数f(x)
单调递减,则函数f(x)在x=e处取得极大值,且极大值为f(e)= ,
因为函数f(x)= 有最大值,则 解得
0≤k≤ ,因此实数k的最大值为 .故选C.
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(2)已知函数f(x)=x3-3x2+3在区间(a,a+6)内存在最小值,
则实数a的取值范围为( A )
A. [-1,2) B.
C. D. [-1,1)
A
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解析:由题意得f'(x)=3x2-6x=3x(x-2).当f'(x)
>0时,得x<0或x>2,当f'(x)<0时,得0<x<2,故
函数f(x)的单调递增区间为(-∞,0),(2,+
∞),
单调递减区间为(0,2),即x=2时,函数f(x)取得极
小值f(2)=-1,画出f(x)的图象如图.当x3-3x2+3=
-1时,(x+1)(x-2)2=0,解得x=-1或x=2,故要使函数f(x)=x3-3x2+3在区间(a,a+6)上存在最小值,需有 解得-1≤a<2,即实数a的取值范围为[-1,2).
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03
PART
提能点 生活中的优化问题
目 录
(1)小李准备向银行贷款x(0<x≤10)万元全部用于某产品的加工
与销售,据测算每年利润y(单位:万元)与贷款x满足关系式y=ln x-x
- +9,要使年利润最大,小李应向银行贷款( B )
A. 3万元 B. 4万元
C. 5万元 D. 6万元
B
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解析: 依题意,得y'= -1+ = = (0<
x≤10),令y'>0,得0<x<4,令y'<0,得4<x≤10,所以函数y=ln x
-x- +9在(0,4)内单调递增,在(4,10)内单调递减,所以当x
=4时,函数取得最大值.
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(2)统计表明,某种型号的汽车在匀速行驶过程中每小时的耗油量y(单
位:L)关于行驶速度x(单位:km/h)的解析式可以表示为y= x3
- x+9(0<x≤120).若甲、乙两地相距200 km,当从甲地到乙地耗油
最少时,汽车匀速行驶的速度是( C )
A. 70 km/h B. 80 km/h
C. 90 km/h D. 100 km/h
C
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解析:当速度为x km/h,汽车从甲地到乙地需行驶 h,设耗油量为f
(x) L,依题意得f(x)=( x3- x+9)× = x2+
-8(0<x≤120),则f'(x)= x- (0<x≤120).令f'(x)=
0,得x=90,当x∈(0,90)时,f'(x)<0,f(x)单调递减;当x∈
(90,120)时,f'(x)>0,f(x)单调递增.所以当x=90时,从甲地
到乙地耗油最少.
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规律方法
解决最优化问题,应从以下几个方面入手:(1)设出自变量、因变
量,建立函数关系式y=f(x),并确定其定义域;(2)求函数的导函
数f'(x),解方程f'(x)=0;(3)比较函数在区间端点和使f'(x)=0
的点的函数值的大小,求最大(小)值;(4)回归实际问题.
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练3 (1)把一个周长为6的长方形铁皮围成一个无盖无底的圆柱,当圆柱
的体积最大时,该圆柱的底面半径和高的比值为( B )
A. 2 B.
C. 1 D. π
B
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解析: 设圆柱的底面半径为r,高为x,由题意可得2×2πr+2x=
6,即r= ,圆柱的体积V=π( )2·x= (9x-6x2+x3)(0<x
<3),V'= (9-12x+3x2)= (3-4x+x2),令V'=0,解得x
=1或x=3(舍去),所以当x∈(0,1)时,V'>0,V单调递增;当
x∈(1,3)时,V'<0,V单调递减;当x=1时,V取得极大值,也是最
大值,此时高为1,半径为 ,底面半径和高的比值为 ,故选B.
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(2)李某要建一个面积为512 m2的矩形蔬菜场,一边利用原有的墙壁(墙
壁足够长),其他三边要修建栅栏,当修建栅栏所用的材料最省时,矩形
蔬菜场的两邻边长分别为( A )
A. 32 m,16 m B. 64 m,8 m
C. 128 m,4 m D. 256 m,2 m
A
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解析: 设要建的矩形蔬菜场与原墙壁平行的一边边长为x m,与原墙
相邻的两边边长均为y m,则xy=512,设所修建栅栏的长为l m,则l=x
+2y= +2y(y>0),令l'=- +2=0,解得y=16(y=-16舍
去),当0<y<16时,l'<0;当y>16时,l'>0,所以当y=16时,l取得
极小值,也就是最小值,此时x= =32.
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04
PART
课时跟踪检测
(时间:60分钟,满分:93分)
[备注:单选、填空题5分,多选题6分]
目 录
1. 函数f(x)=x-ln x在区间(0,e]上的最小值为( )
A. e-1 B. 1
C. -e D. 0
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√
解析: 因为f'(x)=1- = ,当x∈(0,1)时,f'(x)<0;当
x∈(1,e]时,f'(x)>0,所以当x=1时,f(x)取得最小值1-ln 1=
1.故选B.
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目 录
2. 当x=1时,函数f(x)=aln x+ 取得最大值-2,则f'(2)=
( )
A. 1 B.
C. - D. -1
√
解析: 由题意知,f(1)=aln 1+b=b=-2.求导得f'(x)= -
(x>0),因为f(x)的定义域为(0,+∞),所以易得f'(1)=a
-b=0,所以a=-2,所以f'(2)= - =- .故选C.
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目 录
3. 已知函数f(x)=x- sin x,x∈[0,π],则f(x)的最大值为
( )
A. - B.
C. - D. π
√
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目 录
解析: 由f(x)=x- sin x,x∈[0,π],可得f'(x)=1- cos
x,x∈[0,π],令f'(x)=0可得 cos x= ,又x∈[0,π],所以x=
,当x∈ 时,f'(x)<0,f(x)单调递减;当x∈ 时,f'
(x)>0,f(x)单调递增;易知f(0)=0,f(π)=π,因此f(x)
的最大值为π.
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4. 设直线x=t与函数f(x)=x2,g(x)=ln x的图象分别相交于点
M,N,则当|MN|最小时t的值为( )
A. 1 B.
C. D.
√
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解析: 由已知条件可得|MN|=t2-ln t,设f(t)=t2-ln t(t>
0),则f'(t)=2t- .令f'(t)=0,可得t= .当0<t< 时,f'
(t)<0,∴当t= 时,f(t)可取得最小值f( ),即得当|MN|
最小时,t= .
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5. 〔多选〕对于函数f(x)=-2ln x+x2-3x,下列说法正确的是
( )
A. f(x)在区间(2,+∞)上单调递增
B. 2是函数f(x)的极大值点
C. f(x)的单调递减区间是(0,2)
D. 函数f(x)的最小值为-2ln 2-2
√
√
√
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解析: ∵f(x)=-2ln x+x2-3x,x∈(0,+∞),∴f'(x)
=- +2x-3= = ,令f'(x)=0,则x=2,令f'
(x)<0,解得0<x<2,令f'(x)>0,解得x>2,∴f(x)在(0,
2)上单调递减,在(2,+∞)上单调递增,2是函数f(x)的极小值
点,故A、C正确,B错误;又f(x)min=f(2)=-2ln 2+4-6=-2ln 2
-2,故D正确.故选A、C、D.
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6. 〔多选〕在同一平面直角坐标系内,函数y=f(x)及其导函数y=f'
(x)的图象如图所示,已知两图象有且仅有一个公共点,其坐标为(0,
1),则( )
A. 函数y=f(x)·ex为增函数
B. 函数y=f(x)·ex为减函数
C. 函数y= 的最大值为1
D. 函数y= 的最小值为1
√
√
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解析: 由导数与函数单调性的关系得f(x)的图象为实曲线,f'
(x)的图象为虚曲线,且当x<0时,f(x)<f'(x),当x>0时,f
(x)>f'(x),设g(x)=f(x)·ex,则g'(x)=[f(x)+f'
(x)]·ex>0,∴g(x)在R上单调递增,故A正确,B错误;设h(x)
= ,则h'(x)= = ,则h(x)在
(-∞,0)上单调递增,在(0,+∞)上单调递减,∴h(x)在x=0
处有最大值h(0)= =1,故C正确,D错误.
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7. 若函数f(x)= 在区间[ ,a]上的最小值为2e,则a的取值范围
是 .
解析:由f(x)= ,得f'(x)= ,所以函数f(x)在
( , )上单调递减,在( ,+∞)上单调递增,且f( )=2e,所以
∈[ ,a],即a≥ ,所以a的取值范围是[ ,+∞).
[ ,+∞)
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8. 若函数f(x)=(2x+1)ln x-ax是(0,+∞)上的增函数,则实
数a的最大值为 .
解析: f(x)=(2x+1)ln x-ax的定义域为(0,+∞),若f(x)在
(0,+∞)上单调递增,则f'(x)=2ln x+ -a≥0恒成立,即
a≤2ln x+ +2.设h(x)=2ln x+ +2,则h'(x)= - = ,
x∈(0,+∞),当x∈( 0, )时,h'(x)<0,函数h(x)在
( 0, )内单调递减;当x∈( ,+∞)时,h'(x)>0,函数h(x)
在( ,+∞)上单调递增,故h(x)min=h( )=2ln +4=4-2ln
2,所以a≤4-2ln 2.故实数a的最大值为4-2ln 2.
4-2ln 2
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9. 若在半径为R的圆内作内接等腰三角形,则当底边上的高为
时,它的面积最大.
解析:如图所示,设圆内接等腰三角形的底边长为2x,高
为h,则h=AO+DO=R+ .解得x2=h(2R-
h),于是内接三角形的面积为S= ·2x·h= ·h
= ,从而S'= (2Rh3-h4 (2Rh3-h4)'= (2Rh3-h4 (6Rh2-4h3)= .令S'=0,解得h= R. 由于不考虑不存在的情况,所以在区间(0,2R)内列表如下:
R
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h (0, R) R ( R,2R)
S' + 0 -
S 单调递增 最大值 单调递减
由表可知,当h= R时,等腰三角形的面积最大.
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10. (15分)(2026·江西名校联考)已知函数f(x)=ex(2x2+ax-
1),其中a∈R. 若f(x)的图象在点(0,f(0))处的切线方程为2x
+by+1=0.求:
(1)函数f(x)的解析式;
解: 依题意,f(0)=-1,切点(0,-1)在切线2x+by+1=0
上,则b=1,
f'(x)=ex(2x2+ax-1)+ex(4x+a)=ex[2x2+(a+4)x+a-1],
而f(x)的图象在点(0,f(0))处的切线斜率为-2,则f'(0)=a-
1=-2,解得a=-1,
所以f(x)=ex(2x2-x-1).
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(2)函数f(x)在区间[-3,1]上的最值.
解: 由(1)知,f'(x)=ex(2x2+3x-2)=ex(x+2)(2x-
1),由f'(x)=0得x=-2或x= ,
当-3≤x≤-2或 ≤x≤1时,f'(x)≥0,当-2<x< 时,f'(x)<0,
所以f(x)在[-3,-2], 上单调递增,在 内单调递减,
又f(-3)= ,f(-2)= ,f( )=- , f(1)=0,
所以f(x)在区间[-3,1]上的最大值为 ,最小值为- .
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11. 函数结构是值得关注的对象.为了研究y=xx(x>0)的结构,两边取
对数,可得ln y=ln xx,即ln y=xln x,两边取指数,得eln y=exln x,即y=
exln x,这样我们就得到了较为熟悉的函数类型.结合上述材料,y=xx(x
>0)的最小值为( )
A. 1 B. e
C. D. e-e
√
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解析: 由y=xx(x>0),两边取对数,可得ln y=ln xx,即ln y=xln
x,令g(x)=xln x(x>0),则g'(x)=ln x+1,当x∈(0, )
时,g'(x)<0,g(x)单调递减,当x∈( ,+∞)时,g'(x)>
0,g(x)单调递增,∴g(x)min=g( )=- ,∴ln y≥- ,
y≥ ,y的最小值为 .故选C.
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12. 〔多选〕已知函数f(x)=2x3-ax2+b,若f(x)在区间[0,1]上
的最小值为-1,最大值为1,则a的值可以是( )
A. 0 B. 4
C. 3 D. 3
√
√
解析: 函数f(x)=2x3-ax2+b,则f'(x)=6x2-2ax=6x(x
- ),令f'(x)=0,解得x=0或x= .①当a≤0时,若0≤x≤1,则f'
(x)≥0,f(x)在[0,1]上单调递增,所以f(x)在[0,1]上的最小
值为f(0)=b,最大值为f(1)=2-a+b.因为f(x)在区间[0,1]
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上的最小值为-1,最大值为1,所以 解得 故
选项A正确.②当a≥3时,若0≤x≤1,则f'(x)≤0,f(x)在[0,1]上
单调递减,所以f(x)在[0,1]上的最大值为f(0)=b,最小值为f
(1)=2-a+b.因为f(x)在区间[0,1]上的最小值为-1,最大值为
1,所以 解得 故选项B正确.由于选项C、D都
是大于3的数,所以当0<a<3时,选项C、D不成立.故选A、B.
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13. (2025·河南南阳一模)设函数f(x)=1-ex,g(x)=ln(ax2-
4x+3),其中e是自然对数的底数,若对任意x1∈[0,+∞),都存在
x2∈R,使得f(x1)=g(x2),则实数a的最大值为 .
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解析:因为f(x1)=1- ,x1∈[0,+∞),所以f(x1)∈(-∞,
0].又因为对任意x1∈[0,+∞),都存在x2∈R,使得f(x1)=g
(x2),所以g(x2)的值域包含(-∞,0],所以ax2-4x+3∈(0,k]
(k≥1).若a=0,则-4x+3>0,解得x< ,符合题意.若a<0,则
即 所以a<0.若a>0,则
即 所以0<a≤ .综上所述,a≤ .
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14. (15分)已知函数f(x)=ln x-ax,x∈(0,e],其中e为自然对数
的底数.
(1)若x=1为f(x)的极值点,求f(x)的单调区间和最大值;
解: ∵f(x)=ln x-ax,x∈(0,e],
∴f'(x)= ,由f'(1)=0,得a=1.
∴f'(x)= ,
∴x∈(0,1)时,f'(x)>0,x∈(1,e]时,f'(x)<0,
∴f(x)的单调递增区间是(0,1),单调递减区间是(1,e],
f(x)的极大值为f(1)=-1,也即f(x)的最大值为f(1)=-1.
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(2)是否存在实数a,使得f(x)的最大值是-3?若存在,求出a的
值;若不存在,说明理由.
解: ∵f(x)=ln x-ax,∴f'(x)= ,
①当a≤0时,f(x)在(0,e]上单调递增,
得f(x)的最大值是f(e)=1-ae=-3,解得a= >0,舍去;
②当a>0时,由f'(x)= =0,得x= ,
当0< <e,即a> 时,
x∈( 0, )时,f'(x)>0,x∈( ,e]时,f'(x)<0,
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∴f(x)的单调递增区间是( 0, ),单调递减区间是( ,e],
又f(x)在(0,e]上的最大值为-3,∴f( )=-1-ln a=-3,∴a
=e2;
当e≤ ,即0<a≤ 时,f(x)在(0,e]上单调递增,
∴f(x)的最大值是f(e)=1-ae=-3,解得a= > ,舍去.
综上,存在a符合题意,此时a=e2.
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